乔宇

摘要：在声速测量的实验过程中，通过测时电路测量传播时间来测量声速的方法往往存在传播时间示数频繁跳动、不利于读数的问题。在此，我们通过改变接收端换能器位置并利用示波器测量超声传播时间的变化，进而计算超声的传播速率。我们通过对比实验发现，新时差法测量结果的重复性远优于旧时差法，标准方差由6.09 m/s将至0.06 m/s，可与相位比较法相媲美。

关键词：声速测量;时差法;示波器

引言

在大学物理实验课程中，声速测量是一项重要的实验内容[1]。通过该实验，学生了解了超声换能器的工作原理，掌握了驻波法[2]、相位比较法[3]、时差法[4]等多种测量声速的方法，同時也练习了示波器的使用。其中时差法是测量声速的基本方法，它具有实验原理简单易懂、操作便捷等优点，是声速测量实验的基础。掌握时差法测量声速是声速测量实验的实验目的之一。然而在实际的测量中我们发现时差法测得的实验数据往往会有较大的误差，造成误差的最主要原因是时间测量的不准确性。实验中，仪器测量的时间示数通常会在一定的范围内跳动，不能得到稳定的读数，只能通过对一段时间内的读数取平均值的方法来减小时间测量的误差。然而即使这样也往往难以得到令人满意的实验结果。

1  实验原理及方法

1.1 旧时差法

传统时差法中，实验仪从发射换能器发出一个脉冲超声信号，经过一段距离l的传播后到达接收端超声换能器，接收端换能器将声压信号转换成电信号，经内部计时电路处理后可以直接在仪器面板上显示出声波传播l距离所用的时间t，则平均传播速率为v=l/t。……